空间机器人柔性臂的动力学轨迹跟踪控制

机器人柔性擘控制问题是目前机器人研究中的一个重点和难点，本文动用基于关节的求逆技术，得到了有关大质量负载的空间机器人柔性臂动力学轨迹跟踪非线性控制问题的有效方法，并以一平面二杆空间机器人柔性臂为例进行了控制的仿真研究，仿真研究的结果表明，该方法具有较高的可靠性和良好的控制效果。     

输入有界的自由漂浮柔性空间机器人轨迹跟踪控制

针对自由漂浮柔性空间机器人轨迹跟踪控制问题, 首先利用拉格朗日和假设模态法建立了动力学模型. 分析系统动力学模型, 综合考虑欠驱动、柔性振动等特点, 将其简化为一种带有柔性振动扰动完全可控的动力学模型; 在此基础上, 考虑控制输入受限, 提出一种自适应状态反馈控制策略. 该策略采用自适应技术实时在线学习柔性振动扰动参数, 从而保证控制律对柔性振动扰动具有良好的鲁棒性; 最后, 基于Lyapunov方法证明了该控制策略能够实现关节期望轨迹的跟踪. 仿真验证了该控制策略对控制输入受限系统轨迹跟踪控制的有效性和可靠性.     

柔性机械臂基于观测的逆动力学轨迹跟踪控制

本文探讨了稳定逆动力学与基于观测的状态误差反馈镇定器集成实现柔性机械臂 末端轨迹跟踪的控制策略．基于观测器可以充分利用由稳定逆动力学生成的理想状态轨迹信 息,实现全状态误差的反馈镇定以消除末端轨迹跟踪的扰动误差．     

机器人末端臂轨迹跟踪自适应控制设计

本文提出了新颖的机器人末端臂轨迹跟踪自适应控制方法。该方法与已有的神经网络模型不同之处在于数据首先利用运动学反解求出机器人各关节旋转的角度,然后应用径向基函数自组织进行神经网络学习生成模糊规则,利用监督学习算法(SLA)、最小二乘法(LMS)、反向传播算法(BP)和聚类分析的方法在线优化控制规则以及隶属函数的参数。仿真结果表明,该方法不但规则生成的时间少,有效的防止了规则数爆炸,而且在机器人轨迹跟踪控制的应用中效果好。     

基于PMSM驱动的柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制方法

针对目前柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制方法忽略了不同重力影响下的机械臂驱动力变化,导致柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制效果较差的问题,提出了基于PMSM驱动的柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制方法。基于构建PMSM驱动数学模型,采用PMSM的矢量控制方法,分析驱动力矩矢量。根据驱动力矩矢量分析结果,分析不同重力环境下有、无摩擦时的驱动力矩。构建柔性关节模型,分析其在不同重力环境下遇到的重力释放问题,使用自适应反演滑膜控制方法,设计控制率,保证机械臂能够按照既定的方向运动,使机械臂具有鲁棒性。根据柔性关节空间机械臂动力学特性,分析不同重力环境下基于PMSM驱动力矩,确定重力项是随之发生改变的。设计控制器,构建动力学模型,确保空间阶段能够最大限度跟踪运动轨迹。实验结果表明,所提方法X轴、Y轴的末端跟踪结果均与实际运动轨迹一致,误差为0。关节控制力矩在时间为3s时,出现了最大为0.5N.m的误差,说明所提方法的跟踪控制效果较好。     

自由漂浮空间机器人轨迹跟踪的模型预测控制

针对传统控制方法难以解决自由漂浮空间机器人(free-floating space robot, FFSR)轨迹跟踪过程中的各类约束的问题,采用模型预测控制对自由漂浮空间机器人的轨迹跟踪问题进行了研究.在自由漂浮空间机器人拉格朗日动力学模型的基础上,建立了系统伪线性化的扩展状态空间模型;在给定系统的性能指标和各类约束的情况下,基于拉盖尔模型设计相应的离散模型预测控制器,并证明控制器的稳定性,控制器中引入任务空间滑模变量实现了对末端期望位置和期望速度的同时跟踪;以平面二杆自由漂浮空间机器人为例,对无约束末端轨迹跟踪和有约束末端轨迹跟踪两种情况进行对比仿真验证.仿真结果表明,该模型预测控制器不仅可以实现对末端期望轨迹的有效跟踪,还能满足各类约束.     

双连杆柔性臂轨迹跟踪的鲁棒控制

研究了双连杆柔性臂轨迹跟踪的鲁棒控制问题·基于假设模态法和奇异摄动法,导出了双连杆柔性臂系统的动力学方程,并将系统模型分离为慢变和快变两个子系统.针对柔性臂的特点,提出了关节角的补偿控制思想,并且给出了补偿控制算法.对两个子系统分别采用滑模变结构控制和H∞控制,由此得到的组合控制使系统精确跟踪目标轨迹.研制了双连杆柔性臂实验台,并对文中提出的方法进行了实验.     

模糊CMAC的柔性空间机器人轨迹跟踪自学习控制

针对不确定自由漂浮柔性空间机器人系统,采用模糊CMAC神经网络自学习控制策略来解决轨迹跟踪控制问题.首先建立漂浮基空间机器人的动力学方程,然后利用具有快速学习能力的模糊CMAC神经网络来逼近非线性柔性臂的逆动力学模型.网络参数采用改进的有监督的Hebb学习规则进行自适应在线调整,并通过关联搜索进行自学习和自组织,其误差代价函数由PID控制器提供.仿真结果表明,这种模糊CMAC逆模PID控制器能够达到较高的控制精度,具有一定的工程应用价值.     

空间柔性机械臂高阶滑模干扰观测器轨迹跟踪

在空间漂浮状态时机械臂载体姿态均不受控的条件下,针对机械臂在关节空间内轨迹跟踪及振动抑制等问题,提出了一种基于空间机械臂改进高阶滑模干扰观测器控制策略。利用拉格朗日方程及动量守恒定律建立机械臂运动学数学模型,对误差估计值进行修正,设计干扰观测器,根据机械臂末端轨迹设计合理的高阶滑模面及滑模函数。针对设计的观测器进行模拟仿真实验,并改变理想轨迹,使其在复杂曲线中运行。仿真结果表明:高阶滑模干扰观测器可应用于更为复杂的工作空间中,并更有效、精确地实现了轨迹跟踪任务。     

漂浮基柔性空间机械臂姿态与关节协调运动的Terminal滑模控制

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基柔性空间机械臂载体姿态与各关节协调运动的控制问题．基于假想模态法、系统动量守恒关系及拉格朗日方法,建立了漂浮基柔性空间机械臂系统的动力学方程,并将其转化为系统控制状态方程．以此为基础,根据Terminal滑模控制技术,给出了系统相关Terminal滑模面的数学表达式,在此基础上提出了具有外部扰动情况下漂浮基柔性空间机械臂载体姿态与各关节协调运动的Terminal滑模控制方案．提出的控制方案不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性,同时通过Terminal滑模函数的适当选取,还保证了输出误差在有限时间内的收敛性．此外,由于确保了无论何种情况下系统初始状态均在Terminal滑模面上,从而消除了其它滑模控制方法常有的到达阶段,使得闭环系统具有全局鲁棒和稳定性．一个平面两杆漂浮基柔性空间机械臂的系统数值仿真,证实了方法的有效性．     

空间柔性双臂机器人的神经网络协调控制

基于对机器人闭链系统运动特性的分析,采用假设模态法及拉格朗日方程建立了自由浮动空间柔性双臂机器人协调操作刚性负载闭链系统的动力学模型,然后采用基于小脑模型的模糊神经网络与非线性PD并行控制的方法对该动力学模型进行轨迹跟踪,并对内力采用积分控制;通过仿真实验比较,该方法比一般的非线性PD控制,在跟踪误差、抗干扰性、鲁棒性方面,都有很大的改善.     

Dynamics and Noncollocated Model‐Free Position Control for a Space Robot with Multi‐Link Flexible Manipulators

In this paper, both the dynamics and noncollocated model‐free position control (NMPC) for a space robot with multi‐link flexible manipulators are developed. Using assumed modes approach to describe the flexible deformation, the dynamic model of the flexible space robotic system is derived with Lagrangian method to represent the system dynamic behaviors. Based on Lyapunov's direct method, the robust model‐free position control with noncollocated feedback is designed for position regulation of the space robot and vibration suppression of the flexible manipulators. The closed‐loop stability of the space robotic system can be guaranteed and the guideline of choosing noncollocated feedback is analyzed. The proposed control is easily implementable for flexible space robot with both uncertain complicated dynamic model and unknown system parameters, and all the control signals can be measured by sensors directly or obtained by a backward difference algorithm. Numerical simulations on a two‐link flexible space robot are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed control.     

Learning Control of Robot Manipulators in Task Space

Two important properties of industrial tasks performed by robot manipulators, namely, periodicity (i.e., repetitive nature) of the task and the need for the task to be performed by the end‐effector, motivated this work. Not being able to utilize the robot manipulator dynamics due to uncertainties complicated the control design. In a seemingly novel departure from the existing works in the literature, the tracking problem is formulated in the task space and the control input torque is aimed to decrease the task space tracking error directly without making use of inverse kinematics at the position level. A repetitive learning controller is designed which “learns” the overall uncertainties in the robot manipulator dynamics. The stability of the closed‐loop system and asymptotic end‐effector tracking of a periodic desired trajectory are guaranteed via Lyapunov based analysis methods. Experiments performed on an in‐house developed robot manipulator are presented to illustrate the performance and viability of the proposed controller.     

不确定性机器人的自适应跟踪控制

提出了一种自适应控制策略 ,用于不确定性机器人的轨迹跟踪 ,该控制器结构简单 ,且无需计算回归矩阵 ,通过对二自由度的机器人的仿真 ,证明该方法能使跟踪误差快速趋近于零     

机械臂轨迹跟踪控制研究进展

综述了近年来刚性机械臂轨迹跟踪控制研究领域的最新进展.根据应用于机械臂的不同控制算法进行分类,从自适应PID控制、神经网络自适应控制、模糊自适应控制、滑模变结构控制和鲁棒自适应控制5种主要控制方法进行阐述.重点从关节空间出发,论述了各种控制算法在提高机械臂轨迹跟踪性能方面的各自优缺点,并分析了它们之间的相互联系.对机械...     

非完整约束移动机器人的轨迹跟踪控制

针对非完整约束移动机器人运动学与动力学模型,根据轨迹跟踪控制目标的需要,设计了一种简单的控制器,该控制器结合了运动学控制器设和动力学控制器两部分;针对运动学模型,采用自适应算法对其未知参数进行估计,针对系统动力学模型,采用单层神经网络算法克服未知扰动对系统稳定性的影响,使速度误差尽可能地缩小;在Lyapunov稳定性理论的基础上证明了系统的收敛性和稳定性,该控制算法简单有效,易于实现;仿真结果表明:该控制策略可以实现对移动机器人期望轨迹的稳定跟踪,验证了算法的有效性。     

Tip Tracking Control of a Single-Link Flexible Robot: A Backstepping Approach

In this paper, tip tracking control is investigated for a single-link flexible robot. The flexible beam is first lumped to a spring-mass system, to which the so called backstepping approach is applicable, then two robust controllers and an adaptive controller are developed in the presence of system disturbances/uncertainties. The controllers are rigorously proven to be able to achieve stable tip position and velocity tracking control in the sense of Global Uniform Ultimate Boundedness (GUUB). Numerical simulation results are provided which show that the proposed controllers are effective.     

考虑运动受限的履带式移动机器人轨迹跟踪控制

针对履带式移动机器人的轨迹跟踪控制问题进行研究,首先,建立了履带式移动机器人的运动学模型和跟踪误差模型;其次,设计了转速有限时间控制和线速度滑模控制的轨迹跟踪控制律,并给出了考虑运动受限作用下的控制律修正表达式;最后,基于MATLAB对所提控制律进行仿真,对比分析了不考虑运动受限情况下跟踪控制效果;结果表明,设计的跟踪控制律能够实现履带式移动机器人对圆轨迹的有效跟踪,且考虑运动受限作用的控制律更加符合实际;文章研究分析了运动受限作用对于移动机器人轨迹跟踪控制的影响,分析结果对其他移动机器人的运动控制研究具有参考价值。     

自由漂浮空间机器人回避动力学奇异的轨迹规划

针对非完整约束导致的自由漂浮空间机器人广义雅可比矩阵动力学奇异性问题,提出一种间接求解机器人逆运动学的方案.该方案通过运动方程分解并构造迭代函数,将动力学奇异转换为运动学奇异问题,避免直接求解逆广义雅可比矩阵,解决广义雅可比矩阵动力学参数相关特性问题,仿真结果表明该方法能够有效地实现自由漂浮空间机器人回避动力学奇异的非完整轨迹规划.